• 也谈BIO | NIO | AIO (Java版--转)


    http://my.oschina.net/bluesky0leon/blog/132361

    关于BIO | NIO | AIO的讨论一直存在,有时候也很容易让人混淆,就我的理解,给出一个解释:

    BIO | NIO | AIO,本身的描述都是在Java语言的基础上的。而描述IO,我们需要从两个层面:

    1. 编程语言
    2. 实现原理
    3. 底层基础

    从编程语言层面

    BIO | NIO | AIO 以Java的角度,理解,linux c里也有AIO的概念(库),这些概念不知道什么原因被炒火起来,这里只从Java角度入手。

    • BIO,同步阻塞式IO,简单理解:一个连接一个线程
    • NIO,同步非阻塞IO,简单理解:一个请求一个线程
    • AIO,异步非阻塞IO,简单理解:一个有效请求一个线程

    BIO

    在JDK1.4之前,用Java编写网络请求,都是建立一个ServerSocket,然后,客户端建立Socket时就会询问是否有线程可以处理,如果没有,要么等待,要么被拒绝。即:一个连接,要求Server对应一个处理线程。

    NIO

    在Java里的由来,在JDK1.4及以后版本中提供了一套API来专门操作非阻塞I/O,我们可以在java.nio包及其子包中找到相关的类和接口。由于这套API是JDK新提供的I/O API,因此,也叫New I/O,这就是包名nio的由来。这套API由三个主要的部分组成:缓冲区(Buffers)、通道(Channels)和非阻塞I/O的核心类组成。在理解NIO的时候,需要区分,说的是New I/O还是非阻塞IO,New I/O是Java的包,NIO是非阻塞IO概念。这里讲的是后面一种。

    NIO本身是基于事件驱动思想来完成的,其主要想解决的是BIO的大并发问题: 在使用同步I/O的网络应用中,如果要同时处理多个客户端请求,或是在客户端要同时和多个服务器进行通讯,就必须使用多线程来处理。也就是说,将每一个客户端请求分配给一个线程来单独处理。这样做虽然可以达到我们的要求,但同时又会带来另外一个问题。由于每创建一个线程,就要为这个线程分配一定的内存空间(也叫工作存储器),而且操作系统本身也对线程的总数有一定的限制。如果客户端的请求过多,服务端程序可能会因为不堪重负而拒绝客户端的请求,甚至服务器可能会因此而瘫痪。

    NIO基于Reactor,当socket有流可读或可写入socket时,操作系统会相应的通知引用程序进行处理,应用再将流读取到缓冲区或写入操作系统。 
    也就是说,这个时候,已经不是一个连接就要对应一个处理线程了,而是有效的请求,对应一个线程,当连接没有数据时,是没有工作线程来处理的。

    AIO

    与NIO不同,当进行读写操作时,只须直接调用API的read或write方法即可。这两种方法均为异步的,对于读操作而言,当有流可读取时,操作系统会将可读的流传入read方法的缓冲区,并通知应用程序;对于写操作而言,当操作系统将write方法传递的流写入完毕时,操作系统主动通知应用程序。 
    即可以理解为,read/write方法都是异步的,完成后会主动调用回调函数。 
    在JDK1.7中,这部分内容被称作NIO.2,主要在java.nio.channels包下增加了下面四个异步通道:

    • AsynchronousSocketChannel
    • AsynchronousServerSocketChannel
    • AsynchronousFileChannel
    • AsynchronousDatagramChannel

    其中的read/write方法,会返回一个带回调函数的对象,当执行完读取/写入操作后,直接调用回调函数。

    实现原理

    说道实现原理,还要从操作系统的IO模型上了解

    按照《Unix网络编程》的划分,IO模型可以分为:阻塞IO、非阻塞IO、IO复用、信号驱动IO和异步IO,按照POSIX标准来划分只分为两类:同步IO和异步IO。如何区分呢?首先一个IO操作其实分成了两个步骤:发起IO请求和实际的IO操作,同步IO和异步IO的区别就在于第二个步骤是否阻塞,如果实际的IO读写阻塞请求进程,那么就是同步IO,因此阻塞IO、非阻塞IO、IO复用、信号驱动IO都是同步IO,如果不阻塞,而是操作系统帮你做完IO操作再将结果返回给你,那么就是异步IO。阻塞IO和非阻塞IO的区别在于第一步,发起IO请求是否会被阻塞,如果阻塞直到完成那么就是传统的阻塞IO,如果不阻塞,那么就是非阻塞IO。

    收到操作系统的IO模型,又不得不提select/poll/epoll/iocp,关于这四个的理解,不多做解释,自己还没理解到位。

    可以理解的说明是:在Linux 2.6以后,java NIO的实现,是通过epoll来实现的,这点可以通过jdk的源代码发现。而AIO,在windows上是通过IOCP实现的,在linux上还是通过epoll来实现的。

    这里强调一点:AIO,这是I/O处理模式,而epoll等都是实现AIO的一种编程模型;换句话说,AIO是一种接口标准,各家操作系统可以实现也可以不实现。在不同操作系统上在高并发情况下最好都采用操作系统推荐的方式。Linux上还没有真正实现网络方式的AIO。

    底层基础

    说到底层,要说Linux系统编程,这里自己也不熟悉,有待后来人补充了。 
    只笼统的说一个:AIO实现

    在windows上,AIO的实现是通过IOCP来完成的,看JDK的源代码,可以发现

    WindowsAsynchronousSocketChannelImpl

    看实现接口:

    implements Iocp.OverlappedChannel

    再看实现方法:里面的read0/write0方法是native方法,调用的jvm底层实现,虚拟机技术不熟悉,不献丑了。

    在linux上,AIO的实现是通过epoll来完成的,看JDK源码,可以发现,实现源码是:

    UnixAsynchronousSocketChannelImpl

    看实现接口:

    implements Port.PollableChannel

    这是与windows最大的区别,poll的实现,在linux2.6后,默认使用epoll。

    这样就可以理解了。

    写在最后:Java开发为基础的,对于操作系统底层的认知是没有C语言为基础的大牛好的,语言决定了思维方式,古人诚不欺我

    最后,几篇解释的不错的文章:

    BIO NIO AIO

    NIO.2 入门,第 1 部分: 异步通道 API

    使用异步 I/O 大大提高应用程序的性能

  • 相关阅读:
    [转]asp.net页面缓存技术
    UL和LI在div中的高度的IE6下兼容性
    jquery制作的横向图片滚动带横向滚动条TackerScroll
    电脑可以上网,但是qq登陆不上去?
    Introduction to discrete event system学习笔记4.6
    Introduction to Discrete event system学习笔记4.9
    Introduction to discrete event systemsstudy 4.5
    Symbolic synthesis of obserability requirements for diagnosability B.Bittner,M.Bozzano,A.Cimatti,and X.Olive笔记4.16
    Introduction to discrete event system学习笔记4.8pm
    Introduction to discrete event system学习笔记 4.8
  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/davidwang456/p/3521343.html
Copyright © 2020-2023  润新知